KR101313325B1 - 원통형 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

캐소드판 및 애노드판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되는 케이스; 상기 케이스의 개방단을 밀봉할 수 있는 캡 조립체; 및 상기 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 개재되는 가스켓을 포함하고, 상기 가스켓이 융점 200℃ 이상이고, 경도가 100D 이하인 고분자 수지로 형성되는 원통형 이차 전지가 제시된다.

Description

원통형 이차 전지{Cylindrical-type secondary battery}
본 발명은 원통형 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고내열성 고분자 수지로 이루어진 가스켓을 구비한 원통형 리튬 이온/폴리머 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충, 방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등의 전원에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 약 3배의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 또한, 리튬 이차 전지는 각형 전지, 원통형 전지, 파우치형 전지로 구분될 수 있다.
리튬 이온 이차 전지는 양극/세퍼레이터/음극이 순차적으로 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다. 특히, 각형 또는 원통형 이차 전지의 외장재는 개방단이 형성된 케이스 및 케이스의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체를 구비한다.
전극 조립체는 각각 활물질이 도포된 시트 형태의 캐소드와 애노드 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 권취한 젤리-롤 타입과, 소정 크기의 다수의 캐소드와 애노드 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 순차적으로 적층시킨 스택 타입으로 분류된다. 여기서, 젤리-롤 타입의 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점이 있고, 특히 원통형 또는 각형 전지의 케이스에 수납이 용이하므로 젤리-롤 타입의 전극 조립체가 널리 이용되고 있다. 한편, 스택 타입 전극 조립체는 파우치형 전지에 널리 이용되고 있다.
그런데, 이차 전지의 충, 방전 시, 전극 조립체는 반복적인 팽창과 수축을 겪으면서 변형되는 경향이 있고, 이러한 과정에서, 젤리-롤 타입 전극 조립체의 경우, 응력이 중심부로 집중되어 전극이 세퍼레이터를 뚫고 금속 센터 핀에 접촉됨으로써 내부 단락이 발생되는 경향이 있다. 이러한 내부 단락은 전지의 발열로 연결되어 유기 용매가 분해되어 가스를 발생시키게 되고, 전지 내부의 압력을 상승시켜 외장재가 파열될 수도 있다. 물론, 전지 내부의 가스 압력 상승은 외부 충격에 의한 내부 단락에 의해서도 발생될 수도 있다.
이와 같은 전지의 안전성 문제를 해결하기 위해, 이차 전지는 기본적으로 PTC(positive temperature coefficient) 소자(안전 소자)를 구비한다. 특히, 원통형 전지는, 고압 가스를 배출하는 안전 벤트, 전지의 내압 상승시 전류를 차단하는 전류차단소자(Current Interrupt Device:CID) 등의 안전 장치들과 이들 장치들을 보호하는 돌출형 단자를 형성하는 탑 캡(top-cap)을 포함하는 캡 조립체를 구비하고, 캡 조립체는 가스켓에 의해 케이스와 밀봉 결합된다.
그런데, 종래의 이차 전지에 있어서, 가스켓을 매개로 캡 조립체와 케이스를 조립하는 과정에서, 가스켓과 캡 조립체 사이 또는 가스켓과 케이스 사이에 각각 틈이 발생할 우려가 높아 전지의 기밀성이 저하되는 문제점이 있었다. 즉, 클램핑 공정 등에 의해, 가스켓이 케이스에 의해 눌려져 변형되면서 케이스와 캡 조립체 사이가 밀착된다. 그러나, 종래 구조에 따른 가스켓은 케이스와 캡 조립체 사이에 밀착되는 면이 단순한 평면 형태이므로 그 기밀성이 떨어지게 된다. 특히, 케이스의 클램핑 과정에서 가스켓이 고르게 가압되지 않는 경우에는 가스켓의 편평한 면이 불균일하게 변형되면서 가스켓의 일부가 케이스 또는 캡 조립체와 밀착되지 못하고 그 사이가 벌어지는 현상이 발생되어 케이스와의 기밀 특성을 저하시키게 된다. 따라서, 캡 조립체와 가스켓 사이의 밀봉 구조에 대한 개발의 요구가 있었다.
또한, 전지 케이스의 두께에 비해서 전지 단면이 큰 원통형 전지를 고온 환경에 두는 경우 전해액 중에 저비점 용매가 기화하여 전지의 내부 압력을 증가시켜 전지 케이스를 팽창시키고, 더불어 전해액 자체의 누출 및 외부로부터의 공기 및 습기의 유입에 의해 내부 저항의 증가를 포함한 전지 특성의 열화 등의 문제점이 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 내열성이 높은 가스켓, 밀봉제 등의 유기 전기 재료의 내열성을 향상시키는 노력이 또한 요구되고 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 고내열성 고분자 수지로 이루어진 가스켓을 구비하여 이차 전지의 내부의 온도의 상승으로 가스켓이 고온 환경에 노출시에도 열변형에 의한 쇼트 발생이 방지되고, 실링력이 개선된 원통형 이차 전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전해액 및/또는 가스가 최초로 누액 또는 누설되는 부위 즉, 가스켓과 안전 벤트를 포함하는 캡 조립체의 계면 사이를 보다 완벽하게 밀봉할 수 있는 구조가 추가적으로 도입된 원통형 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,
캐소드판 및 애노드판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체;
상기 전극 조립체가 수납되는 케이스;
상기 케이스의 개방단을 밀봉할 수 있는 캡 조립체; 및
상기 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 개재되는 가스켓을 포함하고,
상기 가스켓이 융점 200℃ 이상이고, 경도가 100D 이하이고, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 10 내지 30몰% 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위 70 내지 90몰%를 포함하는 고분자 수지로 형성되는 원통형 이차 전지가 제공된다:
[화학식 1]
Figure 112012056167899-pat00001
,
[화학식 2]
Figure 112012056167899-pat00002
(상기 식에서 n은 100 내지 250의 정수이다).
상기 가스켓의 표면 상에 아스팔트 도포층이 더 구비될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면,
캐소드판 및 애노드판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체;
상기 전극 조립체가 수납되는 케이스;
상기 케이스의 개방단을 밀봉할 수 있는 캡 조립체; 및
상기 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 대향하는 2개의 횡방향면을 갖도록 절곡되어 개재되는 가스켓을 포함하고,
상기 가스켓의 일 횡방향면에 요철부가 형성되어 있고, 타 횡방향 면에 돌출부가 형성되어 있고, 상기 요철부 및 상기 돌출부 사이에 상기 캡 조립체의 테두리가 삽입되어 끼워져 있고,
상기 가스켓이 융점 200℃ 이상이고, 경도가 100D 이하인 고분자 수지로 형성되는 원통형 이차 전지가 제공된다.
상기 고분자 수지는 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(TPEE), 테트라플루오라이드-퍼플루오로알킬비닐에테르공중합체(PFA), 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 캡 조립체는 상기 케이스의 개방단을 밀봉하고 상기 가스켓의 돌출부에 접촉되도록 배치된 탑 캡(top cap); 상기 탑 캡에 접촉되도록 배치된 PTC 소자; 및 일면은 상기 PTC 소자에 접촉되고 타면의 일부가 상기 가스켓의 요철부에 접촉되도록 배치되고, 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 안전 벤트;를 구비할 수 있다.
상기 캡 조립체는 상기 케이스의 개방단을 밀봉하는 탑 캡(top cap); 일면은 상기 탑 캡의 측면, 상면 및 하면 모두에 접촉되고, 타면은 가스켓의 내주면의 요철부 및 돌출부에 접촉되도록 절곡되어 배치되고, 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 안전 벤트;를 구비할 수 있다.
상기 캡 조립체는 상부가 상기 안전 벤트의 하단에 용접되고, 하부가 전극 조립체와 연결될 수 있는 전류차단소자를 더 포함할 수 있다.
상기 캡 조립체의 테두리가 삽입되어 있는 가스켓 이외에, 상기 전류차단소자의 외주면을 감싸는 보조 가스켓을 더 포함할 수 있다.
상기 캡 조립체의 테두리가 삽입되어 있는 가스켓이 상기 보조 가스켓 및 상기 전류차단소자의 하부면을 감쌀 수 있다.
상기 캡 조립체의 테두리가 삽입되어 있는 가스켓이 상기 보조 가스켓 및 상기 전류차단소자의 상부면을 감쌀 수 있다.
상기 캡 조립체의 테두리가 삽입되어 있는 가스켓 이외에, 상기 안전 벤트와 상기 전류차단소자의 사이에 개재되어 상호 끼워맞춤 상태로 고정시키는 보조 가스켓을 더 포함할 수 있다.
상기 캡 조립체의 테두리가 삽입되어 있는 가스켓이 경사부 또는 계단부를 가지고, 상기 전류차단소자의 말단부가 상기 가스켓의 경사부 또는 계단부에 안치됨으로써 상기 전류차단소자가 상기 안전벤트 및 상기 가스켓 사이에 추가 고정될 수 있다.
상기 요철부 및 상기 돌출부가 각각 독립적으로 삼각형, 사각형, 사다리꼴형또는 반원형의 단면 구조를 가질 수 있다.
상기 요철부 또는 상기 돌출부가 미늘부를 더 포함할 수 있다.
상기 안전 벤트는 금속 재질일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 원통형 이차 전지는, 가스켓의 재료를 고내열성이면서 과도한 경도를 가지지 않는 고분자 수지를 사용하여 이차 전지의 내부의 온도의 상승으로 가스켓이 고온 환경에 노출시에도 열변형에 의한 쇼트 발생 및 실링력 저하를 방지할 수 있고, 전해액 또는 가스 등이 누액되는 부위 즉, 캡 조립체와 접촉되는 가스켓의 대향하는 내주면의 하면 및 상면에 요철부 및 돌출부를 마련하여 접촉면의 결합력을 높이고, 그 부분을 통한 가스 또는 전해액의 이동 거리를 증가시킴으로써 외부 충격 및 내압 증가 시에도 이차 전지의 기밀성을 크게 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 일 실시예들을 예시하는 것에 불과하며, 본 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면들에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지에 사용되는 가스켓을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 원통형 이차 전지는, 캐소드판 및 애노드판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되는 케이스; 상기 케이스의 개방단을 밀봉할 수 있는 캡 조립체; 및 상기 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 개재되는 가스켓을 포함하고, 상기 가스켓이 융점 200℃ 이상이고, 경도가 100D 이하이고, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 고분자 수지로 형성된다:
[화학식 1]
Figure 112012056167899-pat00003
,
[화학식 2]
Figure 112012056167899-pat00004
(상기 식에서 n은 100 내지 250의 정수이다).
상기 가스켓은 전기 절연성의 탄력적인 고분자 수지로 구성되며, 이러한 고분자 수지는 전기 절연성과, 내충격성, 탄력성 및 내구성을 가진 것이 필요하다. 특히, 가스켓은 전해액에 대한 누출 방지를 위해 전해액에 대한 내화학성이 우수하여야 하고, 전지 내부의 고온 고습의 가혹한 조건에서 가스켓의 기밀성을 유지하기 위해서는 고내열성을 구비할 것이 요구된다.
따라서, 본 발명의 일 측면에 따른 원통형 이차 전지의 가스켓을 형성하는 고분자 수지는 200℃ 이상, 또는 200 내지 350℃, 또는 200 내지 310℃의 융점을 가진다.
상기 고분자 수지의 융점이 이러한 범위를 만족하는 경우, 이차 전지 내부의 전기적 단락이나 외부 환경에 의한 이상 과열시에도 융점 이하에서는 고분자 수지의 유동성이 발현되지 않아, 가스켓이 캡 조립체와 접촉하는 부위에서 구조의 변형 등이 억제되어, 가스켓의 기밀성이 개선될 수 있다.
또한, 상기 고분자 수지는 쇼어 경도(Shore Hardness) 기준으로 100D 이하, 또는 40 내지 100D, 또는 60 내지 90D의 경도를 가진다.
쇼어 경도는 1906년 미국의 A. F. 쇼어에 의해 고안된 것으로 일정한 무게와 형상을 가지며 끝에 구 모양의 다이아몬드를 박은 강제(鋼製) 해머를 일정한 높이에서 시료 면에 수직으로 자유 낙하시켜 튀어 오르는 높이로 경도를 나타낸다.
상기 고분자 수지의 경도가 이러한 범위를 만족하는 경우, 가스켓이 캡 조립체와의 접촉시 틈새가 벌어지지 않고, 밀착성이 개선되며, 이차 전지의 조립시에도 파손의 위험성이 적어질 수 있다.
상기 고분자 수지는 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머의 일례로서, 상기 화학식 1로 표시되는 하드 세그멘트와 상기 화학식 2로 표시되는 소프트 세그멘트가 규칙적으로 또는 불규칙하게 교대로 반복될 수 있다.
즉, 상기 하드 세그먼트는 1,4-부틸렌 글리콜 및 테레프탈산 또는 디메틸프탈레이트로부터 제조되는 결정성 폴리부틸렌 테레프탈레이트를 포함하고, 상기 소프트 세그멘트는 폴리테트라-메틸렌 글리콜인 비정질의 폴리에테르를 포함할 수 있다.
상기 고분자 수지는 일반적으로 알려진 중합 및 축합법으로 제조될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 10 내지 30몰% 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위 70 내지 90몰%, 또는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 12.5 내지 27.5몰% 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위 72.5 내지 87.5몰%, 또는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 15 내지 25몰% 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위 75 내지 85몰%이다.
상기 화학식 1로 표시되는 반복단위 및 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위의 몰%가 이러한 범위를 만족하는 경우, 고분자 수지의 경도가 지나치게 높아지는 것을 방지하여 저경도 특성을 발휘할 수 있고, 고분자 수지의 중합 시간이 적절히 조절될 수 있다.
상기 고분자 수지의 중량평균분자량은, 예를 들면 10,000 내지 500,000, 또는 20,000 내지 300,000, 또는 50,000 내지 250,000이다.
상기 고분자 수지의 중량평균분자량이 이러한 범위를 만족하는 경우, 이러한고분자 수지로 이루어진 가스켓이 캡 조립체와 접촉하는 부위에서 구조의 변형 등이 억제되어, 가스켓의 기밀성이 개선될 수 있다.
상기 가스켓은 캡 조립체와 접촉하는 표면 상에 아스팔트 도포층이 더 구비될 수 있다.
상기 아스팔트 도포층에는 수분의 침투 또는 전해액의 누액을 방지할 수 있도록 소정의 밀봉성을 가진 아스팔트 재료라면 특별히 제한되지 않고 적용될 수 있다.
다만, 상기 아스팔트 재료는 가스켓 상에 도포되는 바, 전성이 매우 큰 아스팔트 소재인 경우, 이를 도포하는 과정에서 가스켓 상에 형성된 요철부 및 돌출부를 덮게 되어 가스켓과 캡 조립체간의 긴밀한 체결을 어렵게 만들 수 있으므로 전지의 기밀성을 오히려 해할 염려가 있다. 따라서, 상기 아스팔트 재료는 소정의 점성을 가짐으로써 너무 크지 않은 전성을 가질 필요도 있다.
이러한 아스팔트 재료로는 콜 타르 피치，스트레이트 아스팔트 피치，및 블론 아스팔트 피치로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 사용할 수 있으나, 여기에 특별히 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 측면에 따른 원통형 이차 전지는, 캐소드판 및 애노드판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되는 케이스; 상기 케이스의 개방단을 밀봉할 수 있는 캡 조립체; 및 상기 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 대향하는 2개의 횡방향면을 갖도록 절곡되어 개재되는 가스켓을 포함하고, 상기 가스켓의 일 횡방향면에 요철부가 형성되어 있고, 타 횡방향 면에 돌출부가 형성되어 있고, 상기 요철부 및 상기 돌출부 사이에 상기 캡 조립체의 테두리가 삽입되어 끼워져 있고, 상기 가스켓이 융점 200℃ 이상이고, 경도가 100D 이하인 고분자 수지로 형성된다.
이러한 고분자 수지의 예로는 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(TPEE), 테트라플루오라이드-퍼플루오로알킬비닐에테르공중합체(PFA), 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이 있을 수 있으나, 여기에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 캡 조립체는 케이스의 개방단을 밀봉하고, 상기 가스켓의 돌출부에 접촉되도록 배치된 탑 캡; 상기 탑 캡에 접촉되도록 배치된 PTC 소자; 및 일면은 상기 PTC 소자에 접촉되고 타면의 일부가 상기 가스켓의 요철부에 접촉되도록 배치되고, 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 안전 벤트;를 구비한다.
상기 캡 조립체와 가스켓 사이의 계면 부위, 특히 가스켓과 안전 벤트 사이의 계면 부위는, 전술한 바와 같이, 전해액 또는 가스 등의 누출 가능성이 높기 때문에, 요철부가 형성됨으로써, 안전 벤트가 단락될 때까지 그들의 계면에서 전해액 또는 가스 등이 누출되는 것을 방지하여 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 요철부는, 기계적 프레스 공정(크램핑 공정)에 의해 캡 조립체가 가스켓을 개재시켜 전지의 케이스와 조립될 때, 캡 조립체와 가스켓 사이의 결합력을 향상시킨다. 그 이유는, 가스켓의 상면과 하면에 요철을 주어 금속성의 탑 캡과 안전 벤트와의 접촉 면적을 증가시켜 캡 조립체와 가스켓 사이의 밀착성이 더 높아지기 때문이다.
상기 가스켓의 형성되어 있는 요철부는 가스켓에 접촉되는 캡 조립체의 면에도 더 형성될 수 있다. 이렇게 접촉하는 가스켓과 캡 조립체 모두의 면에 요철부가 형성되면 양 자간의 결합성은 더 증가될 수 있다.
상기 요철부는 가스켓과 캡 조립체 사이의 결합력을 공고히 할 수 있는 구조이면 되고, 그 위치, 크기, 형상 등에 특별한 제한을 두어서는 아니 된다. 다만, 요철부는 삼각형, 사각형, 사다리꼴형 또는 반원형의 단면 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 돌출부는 단면이 삼각형, 사각형, 사다리꼴형 또는 반원형일 수 있고, 전지의 케이스와 조립될 때, 가스켓과 캡 조립체의 상면, 즉 탑 캡과 접촉하여, 돌출부로 인해 가스켓과의 접촉 면적이 증가하고 돌출부가 다른 부분에 비해 많이 압축되기 때문에, 접촉되는 계면 사이의 결합력, 밀착성(고정성), 형태 교합성을 향상시킬 수 있다. 또한, 돌출부는 계면 사이의 결합력 및/또는 밀착성을 더욱 향상시키기 위해 돌기의 끝 부분에 통상의 낚시 바늘 형태의 미늘부가 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차 전지는, 가스켓과 접촉되는 케이스의 면과 이에 접촉되는 가스켓의 면 중 어느 하나의 면에 형성된 캔-부분 누액 방지를 위한 요철부를 더 구비할 수 있다. 이러한 추가적인 요철부는 전술한 요철부와 별도로 케이스와 가스켓 사이의 계면을 통해 전해액 또는 가스가 누출되는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 안전 벤트는 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 가스를 배기하는 역할을 하며, 금속 재질인 것이 바람직하다. 안전 벤트의 두께는 소재 및 구조 등에 따라 달라질 수 있으며, 전지 내부의 소정의 고압 발생시 파열되면서 가스 등을 배출할 수 있다면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면 0.2 내지 0.6 mm일 수 있다.
상기 PTC 소자는 전지 내부의 온도 상승시 전지저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 역할을 하고, 이러한 PTC 소자의 두께 역시 소재 및 구조 등에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들면 0.2 내지 0.4mm일 수 있다. 다만, PTC 소자의 두께가 너무 두꺼우면 내부 저항이 상승하고, 전지의 크기를 증가시켜 동일 규격 대비 전지의 용량을 감소시킬 수 있다. 반대로, PTC 소자의 두께가 너무 얇으면, 고온에서 소망하는 전류 차단 효과를 발휘하기 어렵고 약한 외부 충격에 의해서도 파괴될 수 있다. 따라서, PTC 소자의 두께는 이러한 점들을 복합적으로 고려하여 전술한 두께 범위 내에서 적절히 결정될 수 있다.
PTC 소자와 접촉되는 탑 캡 부위의 두께는, 외부로부터 인가되는 압력으로부터 캡 조립체의 여러 구성 요소들을 보호할 수 있는 범위라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 0.3 내지 0.5mm일 수 있다. 탑 캡 부위의 두께가 너무 얇으면 소정의 기계적 강성을 발휘하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 크기 및 중량 증가에 의해 동일 규격 대비 전지의 용량을 감소시킬 수 있으므로 바람직하지 않다.
이렇게 탑 캡, PTC 소자, 및 안전 벤트를 구비한 캡 조립체를 포함하는 이차전지는 일정한 출력을 안정적으로 제공하는 휴대폰, 노트북 등의 전원으로 사용될 수 있다.
다만, 탑 캡, PTC 소자, 및 안전 벤트를 구비한 구조의 리튬 이차전지는 순간적으로 높은 출력을 제공하기 어려울 수 있고, 진동 등과 같은 외부 충격시 접촉면의 저항이 변화되어 균일한 출력을 제공하는데 다소 어려움이 있을 수 있다. 구체적으로 살펴보면, PTC 소자는 일반적으로 상온에서도 대략 7 ~ 32 mΩ 정도의 전기 저항을 나타내며 더욱이 온도의 상승으로 가파른 저항 상승을 유발하고, 그 결과, 순간적으로 높은 출력을 제공하는데 큰 저해요인으로 작용할 수 있기 때문이다. 또한, 진동 등의 외부 충격시 탑 캡, PTC 소자, 안전 벤트의 접촉면은 저항의 변화가 매우 커지므로 균일한 출력을 제공하지 못할 수 있기 때문이다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 캡 조립체는 상기 케이스의 개방단을 밀봉하는 탑 캡; 일면은 상기 탑 캡의 측면, 상면 및 하면 모두에 접촉되고, 타면은 가스켓의 요철부 및 돌출부에 접촉되도록 절곡되어 배치되고, 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 안전 벤트;를 구비한다.
이러한 캡 조립체를 구비한 이차 전지는, 전동드릴 등과 같은 파워툴의 동력원으로 사용되는 경우에는 순간적으로 높은 출력을 제공할 수 있고 진동, 낙하 등과 같은 외부의 물리적 충격에 대해서도 안정적일 수 있다.
이 경우에도, 상기 가스켓의 요철부는 가스켓과 캡 조립체 사이의 결합력을 공고히 하고, 돌출부는 탑 캡을 감싸면서 절곡되어 탑 캡의 상면과 접촉되어 있는 안전 벤트와 가스켓의 계면 사이의 결합력, 밀착성, 형태 교합성을 향상시키는 역할을 한다. 특히, 안전 벤트가 절곡되어 탑 캡을 감싸는 형태의 캡 조립체에서는 안전 밴트와 탑 캡의 접촉면은 한 곳 이상의 용접부를 형성할 수 있으며, 방사상 대칭 위치에 동시에 형성될 수 있게, 예를 들어, 2 곳, 4 곳, 6 곳, 8 곳에 대칭 구조로 형성된다. 본 발명에 사용된 용어 "용접"은 레이저 용접, 초음파 용접, 저항 용접 등의 문언적 의미에서의 용접뿐만 아니라, 납땜 등의 체결방법 등을 또한 포함하는 개념으로 사용되고 있다. 용접은 캡 조립체 자체의 조립과정에서 행해질 수도 있고, 캡 조립체를 캔에 설장한 상태에서도 행해질 수 있다.
이러한 용접부를 갖는 안전 벤트의 상면은 평활한 표면을 갖지 못하고, 다소불규칙한 요철 표면을 띌 수 있으므로, 상기 가스켓의 상단 종횡면에 구비된 돌출부는 이러한 요철 표면과 단단히 결속하여 전해액 등의 누설을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기한 캡 조립체를 구비한 이차 전지의 경우에도 가스켓과 접촉되는 케이스의 면과 이에 접촉되는 가스켓의 면 중 어느 하나의 면에 형성된 캔-부분 누액 방지를 위한 요철부를 더 구비할 수 있다.
일반적으로, 원통형 이차 전지에 있어서, 젤리-롤 타입의 전극 조립체의 캐소드 호일에 용접된 캐소드 리드는 캡 조립체와 전기적으로 연결되어 탑 캡 상단의 돌출 단자에 연결되며, 애노드 호일에 용접된 애노드 리드는 케이스의 밀폐단에 용접되어 케이스 자체가 애노드 단자를 구성한다. 케이스의 소재는 특별히 제한되지 않으며 스테인리스 스틸, 스틸, 알루미늄 또는 그 등가물 중 어느 하나로 형성될 수 있다. 전극 조립체가 케이스에 수납된 상태에서 전해액이 주입되고, 케이스의 개방단에 캡 조립체를 장착하여 밀봉시키면 이차 전지의 조립이 완성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성이 높은 리튬(이온) 이차전지일 수 있다. 이러한 리튬 이차 전지는 캐소드, 애노드, 세퍼레이터, 리튬염을 함유한 비수 전해액 등으로 구성된다. 캐소드는 예를 들어, 캐소드 집전체 상에 캐소드 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 참가하기도 한다. 애노드는 애노드 집전체 상에 애노드 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라 전술한 성분들이 더 포함될 수도 있다. 세퍼레이터는 애노드와 캐소드 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가진 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 구성되며, 비수 전해액은 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. 여기서, 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 세퍼레이터, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 널이 알려져 있으므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차 전지를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 이차 전지(100)는, 전극 조립체(10)를 전해액과 함께 수납하는 원통형 케이스(20)와, 케이스(20)의 개방단에 밀봉 결합되는 캡 조립체(30), 케이스(20)와 캡 조립체(30) 사이에 개재되는 가스켓(40), 안전 벤트(36)의 하면에 접촉되는 가스켓(40)의 면에 형성된 요철부(50), 및 탑 캡(32)의 상면에 접촉되는 가스켓(40)의 면에 형성된 돌출부(60)를 구비한다.
전극 조립체(10)는 서로 극성이 다르고 롤 형태의 넓은 판형을 가진 두 개의 전극판들(11)과 이러한 전극판들(11)을 상호 절연시키기 위해 전극판들(11) 사이에 개재되거나 어느 하나의 전극판(11)의 좌측 또는 우측에 배치되는 세퍼레이터(12)를 구비하고, 이른바 '젤리롤(Jelly Roll)' 형태로 권취된 구조가 바람직하다. 물론, 소정 규격의 캐소드판과 애노드판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태일 수도 있다.
두 개의 전극판들(11)은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조 도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성된다. 용매는 후속 공정에서 제거된다. 전극판(11)이 감기는 방향으로 집전체의 시작단과 끝단에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재할 수 있다. 무지부에는 각각의 전극판(11)에 대응되는 한 쌍의 리드가 부착된다. 전극 조립체(10)의 상단에 부착되는 제1 리드(13)는 캡 조립체(30)에 전기적으로 연결되고, 전극 조립체(10)의 하단에 부착되는 제2 리드(미도시)는 케이스(20)의 바닥에 연결된다. 물론, 제1 리드(13)와 제2 리드는 모두 캡 조립체(30) 방향으로 인출될 수도 있다.
전극 조립체(10)는 케이스(20)의 바닥부에 설치된 제1 절연판(미도시) 위에 배치되고, 전극 조립체(10)의 상단에는 제2 절연판(미도시)이 배치되는 것이 바람직하다. 제1 절연판은 전극 조립체(10)와 케이스(20)의 바닥부 사이를 절연시키고, 제2 절연판은 전극 조립체(10)와 캡 조립체(30) 사이를 절연시킨다.
상기 케이스(20)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 경량의 전도성 금속 재질로 구성되며, 상단이 개방된 개방부와 그와 대향되는 밀폐된 바닥부를 가진 원통 구조를 가진다. 케이스(20)의 내부 공간에는 전극 조립체(10)와 전해액(미도시)이 수용된다. 상기 전해액은 이차 전지(100)의 충, 방전 시 전극판(11)의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것이다. 이러한 전해액은 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으나, 전해액의 종류는 문제되지 않는다.
한편, 케이스(20)의 중앙에는 젤리롤 형태로 권취된 전극 조립체(10)가 풀리는 것을 방지하고 이차 전지(100) 내부의 가스의 이동 통로의 역할을 수행하는 센터핀(미도시)이 삽입될 수도 있다. 케이스(20)의 상부 즉, 전극 조립체(10)의 상단 윗 부분에는 외부에서 내측으로 가압 절곡 형성된 비딩부(24)가 마련되어 전극 조립체(10)의 상, 하 방향의 유동을 방지한다.
캡 조립체(30)는 가스켓(40)을 개재시켜 밀폐된 상태에서 케이스(20)의 개방부에 조립되는 것으로서, 탑 캡(32), PTC 소자(34), 안전 벤트(36), 및 전류차단소자(38)를 포함한다. 탑 캡(32)은 외부와 전기적으로 접속되도록 형성된 전극 단자(미도시)를 갖는다. PTC 소자(34)는 전지(100)의 과열에 의해 전지 내부의 전류의 흐름을 차단하기 위한 것이다. 안전 벤트(36)는 중앙에 볼록하게 돌출되어 전류차단소자(CID: current Interrupt Device)(38)에 용접되고 전류차단소자(38)는 이차 전지(100)의 내부 압력에 의해 안전 벤트(36)와 함께 변형될 수 있는 것으로서, CID 가스켓 및 CID 필터로 구분될 수도 있다.
상기 가스켓(40)은 전체적으로 양단이 개방된 원통 형태를 이루며, 케이스(20)의 내면을 향하는 일 측단은 케이스(20)의 개방부 즉, 클램핑 부위에 놓여지도록 중심부를 향해 직각으로 절곡된 구조가 바람직하다. 가스켓(40)의 다른 쪽 선단은 최초에는 직선으로 펴져 원통형 가스켓(40)의 축방향으로 향하고 있으며, 케이스(20)와의 가압 공정시 중심부를 향해 직각으로 절곡되어 내주면과 외주면이 각각 캡 조립체(30) 탑 캡과 케이스(20)의 내측면에 밀착된 상태로 접히게 된다. 가스켓(40)은 전기 절연성과, 내충격성, 탄력성 및 내구성을 가진 소재로서, 융점 200℃ 이상이고, 경도가 100D 이하인 고분자 수지로 제조된다.
상기 요철부(50)는 안전 벤트(36)와 접촉되는 가스켓(40)의 면에 형성되고 그 단면이 삼각형인 요철 구조를 나타내고, 이때 안전 벤트(36)의 하면에도 요철부가 더 구비될 수 있다. 또한 상기 돌출부(60)는 탑 캡(32)의 상면에 접촉되는 가스켓(40)의 면에 형성되고, 그 단면이 삼각형인 돌출 구조를 나타내고 있다. 이러한 요철부 및 돌출부는 삼각형 이외에 사각형, 사다리꼴형 또는 반원형의 단면 구조를 가질 수도 있다.
상기 가스켓(40)에 마련된 요철부(50) 및 돌출부(60)는 케이스(20)의 개방단의 클램핑 작업시 서로 맞물리면서 밀착 결합되어 캡 조립체(30)와 가스켓(40) 사이의 밀봉 결합력을 더욱 강화시킬 수 있다. 따라서, 이러한 요철부(50) 및 돌출부(60)는 이차 전지(100)에서 내압이 발생할 경우 안전 벤트(36)가 파열될 때까지 전해액 또는 가스가 캡 조립체(30)의 상부로 누출되는 것을 방지한다.
또한, 필요에 따라, 상기 캡 조립체의 테두리가 삽입되어 있는 가스켓(40)이외에, 보조 가스켓(42)를 더 포함할 수 있다.
상기 보조 가스켓(42)은 전류차단소자(38)용 가스켓으로서 전류차단소자(38)의 외주면을 감싸도록 구성된다. 특히, 상기 보조 가스켓(42)은, 전류차단소자(38)의 외주면에서 상부와 측면부에 접촉되어, 전류차단소자(38)의 상부 및 측면부를 지지한다. 그리고, 보조 가스켓(42)은 안전 벤트(36)의 돌출 부분과 전류차단소자(38)가 접촉되는 부분을 제외하고는 전류차단소자(38)와 안전 벤트(36)가 서로 전기적으로 절연되도록 하는 역할을 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1 에서 설명된 참조부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 이차 전지(100)는 탑 캡과 안전 벤트 사이에 PTC 소자가 게재되어 있지 않고, 바로 안전 벤트(36)가 절곡되어 탑 캡(32)을 감싸는 형태로 이루어져 있다. 요철부(50)는 안전 벤트(36)의 하면과 접촉하는 가스켓(40)의 일면에 형성되고, 돌출부(60)는 탑 캡(32)의 상면과 접촉하는 가스켓(40)의 일면에 형성되고, 이들은 삼각형의 단면 구조를 포함한다. 전술한 바와 같이, 이러한 요철부 및 돌출부는 삼각형 이외에 사각형, 사다리꼴형 또는 반원형의 단면 구조를 가질 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 가스켓의 가압 공정 전후의단면을 도시하고 있다. 즉, 가스켓(40)은 다른 쪽 선단은 최초에는 직선으로 펴져 원통형 가스켓(40)의 축방향으로 향하고 있으며 (도 3의 좌측 도면 참조), 케이스(20)와의 가압 공정시 중심부를 향해 직각으로 절곡되어 서로 대향하는 하면 상에 2개 이상의 요철 구조로 이루어진 요철부(50) 및 상면 상에 하나의 돌출부(60)를 구비하고 있다 (도 3의 우측 도면 참조). 상기 요철부(50) 및 돌출부(60)는 전지의 조립 과정에서 탑 캡 또는 안전 벤트와의 긴밀한 결착이 이루어져 압착되는 관계로 실제로는 관찰되지 않을 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1 에서 설명된 참조부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다. 도 4를 참조하면, 캡 조립체(30)의 테두리를 감싸는 가스켓(40)의 내주면 및 케이스의 일부에 아스팔트 도포층(70)을 구비하고 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1 에서 설명된 참조부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다. 도 5를 참조하면, 캡 조립체(30)의 가스켓(40)은 하단부가 전류차단소자(38)의 하부까지 연장되어, 가스켓(40)의 하단부가 전류차단소자(38)의 하부를 감싸는 구조를 갖는다. 따라서, 가스켓(40)이 보조 가스켓(42)과 함께 전류차단소자(38)를 지지함과 동시에 이를 보호하게 된다. 더욱이, 이러한 가스켓(40)의 구조에 의하면, 케이스(20)의 측면에 충격이 인가되어 케이스(20)가 안쪽으로 변형되는 경우, 가스켓(40)의 하단부가 전류차단소자(38)의 하부에서 안쪽으로 더욱 이동하게 되므로, 가스켓(40)이 전류차단소자(38)의 하부를 보다 확실하게 감싸 지지하도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1 및 5에서 설명된 참조부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다. 도 6을 참조하면, 캡 조립체(30)의 가스켓(40)은 하단부가 전류차단소자(38)의 상부까지 연장되어, 가스켓(40)의 하단부가 전류차단소자(38)의 상부를 감싸는 구조를 갖고, 보조 가스켓(42)은 전류차단소자(38)의 하부를 감싸는 구조를 갖는다. 따라서, 가스켓(40)이 보조 가스켓(42)과 함께 전류차단소자(38)를 지지함과 동시에 이를 보호하게 된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 1 에서 설명된 참조부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다. 도 7을 참조하면, 캡 조립체(30)는 케이스(20)의 비딩부(24)에 장착되는 가스켓(40) 내부에 탑 캡(32), PTC 소자(34) 및 안전 밴트(36), 및 전류차단소자(38)가 밀착되어 있는 구조로 이루어져 있다. 또한, 보조 가스켓(42)은 안전 벤트(36)와 전류차단소자(38)의 사이에 상호 끼워맞춤 상태로 고정시키는 역할을 수행하기 위하여 더 부가될 수 있다. 즉 보조 가스켓(42)은 전류차단소자(38)의 상부면과 안전 밴트(36)의 "Z"형의 돌출된 끼움부 사이에 위치하여 전류차단소자(38)를 지지함과 동시에 이를 보호하게 된다.
이때, 가스켓(40)은 하단 쪽으로 경사부 또는 계단부를 가질 수 있고, 전류차단소자(38)의 말단부(38a)가 가스켓(40)의 경사부 또는 계단부에 안치됨으로써 상기 전류차단소자(38)가 상기 안전 벤트(36) 및 가스켓(40) 사이에 추가 고정될 수 있다.
이하에서는 실시예를 통해 본 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
Ni을 도금한 SPCE(냉간압연강판)을 사용하여 탑 캡 및 원통형 케이스를 제작하고, 원통형 케이스 전극 조립체를 장착한 다음, 전극 조립체의 상단부에 대응하는 부위의 원통형 케이스에 비딩 공정을 행하여 클림핑 부위를 형성하고, 클림핑 부위의 내측면에 융점이 208℃ 이고 쇼어 경도가 65D인 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(TPEE) 수지로 이루어지고, 절곡된 내주면의 하면 상에 삼각형 단면의 요철을 3개 가진 요철부와 상면 상에 삼각형 단면의 돌출부를 구비한 가스켓을 삽입하였다.
이때, 상기 TPEE 수지가 하기 화학식 1의 반복 단위 20몰% 및 하기 화학식 2의 반복 단위 80몰%를 포함하고, 100,000의 중량평균분자량을 가졌다:
[화학식 1]
Figure 112012056167899-pat00005
,
[화학식 2]
Figure 112012056167899-pat00006
(n은 200 이다).
이후 여기에 전류차단소자를 장착하고 레이저 용접을 통해 안전 벤트와 결합하였다. 이 때, 용접은 일반적인 정격 용접 파워보다 약 5% 정도 높은 파워로 실시하였다. 그런 다음, PTC 소자 및 탑 캡을 장착하고, 캔의 상단을 내측으로 절곡한 다음, 클림핑 및 가압 공정을 행하여 18650 규격(직경 18 mm, 길이 65 mm)의 원통형 이전전지를 10개 제작하였다.
실시예 2
가스켓이 융점이 306℃이고 쇼어 경도가 60D인 테트라플루오라이드-퍼플루오로알킬비닐에테르공중합체(PFA)로 이루어진 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 이차전지를 10개 제작하였다.
실시예 3
가스켓이 융점이 224℃이고 쇼어 경도가 90D인 폴리부틸렌테레프탈레이트 (PBT)로 이루어진 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 이차전지를 10개 제작하였다.
비교예 1
가스켓이 융점이 165℃이고 쇼어 경도가 85D인 폴리프로필렌으로 이루어진 점을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 원통형 이차전지를 10개 제작하였다.
내열성 평가 실험
실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조된 원통형 이차전지를 200℃에서 1시간 동안 고온 보관 챔버에 보관하여 내열성 평가를 하였다.
그 결과, 기존 폴리프로필렌 가스켓을 이용한 비교예 1의 원통형 이차전지 샘플 10개 모두에서 가스켓이 녹아서 케이스와 탑 캡이 접촉이 일어나 쇼트를 발생하였다.
반면에 실시예 1 내지 3의 원통형 이차전지 샘플들은 모두 가스켓 형상을 그대로 유지하였으며, 케이스와 탑 캡 접촉에 의한 쇼트도 발생하지 않았다.
드롭(Drop) 평가 실험
실시예 1 내지 3 및 비교예 1에서 제조된 원통형 이차전지를 1m의 높이에서 콘크리트 바닥으로 자유 낙하를 10회 동안 반복할 때 이들 이차전지에서 비수전해액의 누액 여부를 평가하였다. 이러한 누액 여부는 먼저 이차전지의 외면의 육안 관찰을 하고, 이러한 육안 관찰에서 누액 여부의 판정이 어려울 경우, 드롭 평가 전후의 무게 변화를 측정하여 판정하였다. 그 평가 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
평가 결과
비교예 1 3회 자유 낙하시 누액 현상 발생
실시예 1 10회 자유 낙하 후에도 누액 현상 관찰되지 않음
실시예 2 10회 자유 낙하 후에도 누액 현상 관찰되지 않음
상기 표 1을 참조하면, 융점 200℃ 이상이고, 경도가 100D 이하인 고분자 수지로 이루어진 가스켓을 채용한 실시예 1 및 2의 경우, 드롭 평가 실험 결과 10회의 자유 낙하시에도 누액 현상이 일절 관찰되지 않았으나, 비교예 1의 경우에는 3회 자유 낙하시에도 누액 현상이 발생하였다.
이상에서, 본 발명은 비록 한정된 실시예들과 도면들에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10…전극 조립체 11…전극판들
12…세퍼레이터 13…제1 리드
14…제2 절연판 20…케이스
30…캡 조립체 32…탑 캡
34…PTC 소자 36…안전 벤트
38…전류차단소자 40…가스켓
42…보조 가스켓 50…요철부
60…돌출부 70…아스팔트 도포층

Claims (16)

  1. 캐소드판 및 애노드판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수납되는 케이스;
    상기 케이스의 개방단을 밀봉할 수 있는 캡 조립체; 및
    상기 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 개재되는 가스켓을 포함하고,
    상기 가스켓이 융점 200℃ 이상이고, 경도가 100D 이하이고, 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위 10 내지 30몰% 및 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위 70 내지 90몰%를 포함하는 고분자 수지로 형성되는 원통형 이차 전지:
    [화학식 1]
    Figure 112012056167899-pat00007
    ,
    [화학식 2]
    Figure 112012056167899-pat00008

    (상기 식에서 n은 100 내지 250의 정수이다).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스켓의 표면 상에 아스팔트 도포층이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  3. 캐소드판 및 애노드판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 수납되는 케이스;
    상기 케이스의 개방단을 밀봉할 수 있는 캡 조립체; 및
    상기 케이스와 상기 캡 조립체 사이에 대향하는 2개의 횡방향면을 갖도록 절곡되어 개재되는 가스켓을 포함하고,
    상기 가스켓의 일 횡방향면에 요철부가 형성되어 있고, 타 횡방향 면에 돌출부가 형성되어 있고, 상기 요철부 및 상기 돌출부 사이에 상기 캡 조립체의 테두리가 삽입되어 끼워져 있고,
    상기 가스켓이 융점 200℃ 이상이고, 경도가 100D 이하인 고분자 수지로 형성되는 원통형 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 고분자 수지가 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(TPEE), 테트라플루오라이드-퍼플루오로알킬비닐에테르공중합체(PFA), 및 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 캡 조립체가
    상기 케이스의 개방단을 밀봉하고 상기 가스켓의 돌출부에 접촉되도록 배치된 탑 캡(top cap);
    상기 탑 캡에 접촉되도록 배치된 PTC 소자; 및
    일면은 상기 PTC 소자에 접촉되고 타면의 일부가 상기 가스켓의 요철부에 접촉되도록 배치되고, 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 안전 벤트;를 구비하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 캡 조립체가
    상기 케이스의 개방단을 밀봉하는 탑 캡(top cap); 및
    일면은 상기 탑 캡의 측면, 상면 및 하면 모두에 접촉되고, 타면은 가스켓의 내주면의 요철부 및 돌출부에 접촉되도록 절곡되어 배치되고, 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결된 안전 벤트;를 구비하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 캡 조립체가 상부가 상기 안전 벤트의 하단에 용접되고, 하부가 전극 조립체와 연결될 수 있는 전류차단소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 캡 조립체의 테두리가 삽입되어 있는 가스켓 이외에, 상기 전류차단소자의 외주면을 감싸는 보조 가스켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 캡 조립체의 테두리가 삽입되어 있는 가스켓이 상기 보조 가스켓 및 상기 전류차단소자의 하부면을 감싸는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 캡 조립체의 테두리가 삽입되어 있는 가스켓이 상기 보조 가스켓 및 상기 전류차단소자의 상부면을 감싸는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 캡 조립체의 테두리가 삽입되어 있는 가스켓 이외에, 상기 안전 벤트와 상기 전류차단소자의 사이에 개재되어 상호 끼워맞춤 상태로 고정시키는 보조 가스켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 캡 조립체의 테두리가 삽입되어 있는 가스켓이 경사부 또는 계단부를 가지고, 상기 전류차단소자의 말단부가 상기 가스켓의 경사부 또는 계단부에 안치됨으로써 상기 전류차단소자가 상기 안전벤트 및 상기 가스켓 사이에 추가 고정되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 요철부 및 상기 돌출부가 각각 독립적으로 삼각형, 사각형, 사다리꼴형또는 반원형의 단면 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 요철부 또는 상기 돌출부가 미늘부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  15. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 안전 벤트가 금속 재질인 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
  16. 제3항에 있어서,
    상기 가스켓의 표면 상에 아스팔트 도포층이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 원통형 이차 전지.
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